JP5012583B2 - 内燃機関及び内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関への燃料供給に関する。

内燃機関であるガソリン機関は、機関内部の燃焼空間で燃料を燃焼させる。内燃機関の始動後に失火が発生したり内燃機関が停止したりすると、未燃の炭化水素（ＨＣ）が増加することから、内燃機関の始動後においては、失火や停止を極力回避したい要請がある。特許文献１には、内燃機関の始動時制御から始動後制御へ移行する際に、時間の経過に応じて燃料増量を減少させる燃料制御方法において、燃料増量の減少率をエンジンの温度に応じて変化させ、復帰時に空燃比が過度にリーンになるといった不具合を防止し、完爆後に発生しやすいエンジンのストールを抑制する燃料制御方法が開示されている。

実開平７−３４９２６号公報（０００４、０００５）

ところで、内燃機関の始動時における機関回転速度の変化は、通常は始動の動作とともに上昇し、機関回転速度のピークを迎えた後に、アイドリング時において目標とする回転速度に向けて低下する。そして、この機関回転速度の低下とともに、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間内の空気量が増加する。すなわち、燃焼空間内への空気の充填効率が高くなる。

特許文献１に開示された燃料制御方法では、始動時に増量させた燃料の量を内燃機関の温度に応じて減少させるのみで、機関回転速度のピークが現れた後に機関回転速度が低下し、これによって充填効率が高くなることは考慮されていない。その結果、機関回転速度が低下するときに、空燃比が過度にリーンとなり、内燃機関に失火が発生したり内燃機関が停止したりするおそれがある。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内燃機関の始動後に空燃比が過度にリーンになることを抑制することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間へ接続される吸気ポートと、前記吸気ポートに前記燃料を供給するとともに、前記内燃機関の始動時において、前記内燃機関の機関回転速度がピーク値となった後、前記機関回転速度が低下するときに、前記吸気ポートへ供給する燃料の量を、前記内燃機関の運転条件に基づいて設定される基準燃料供給量よりも増加させるポート噴射弁と、を備え、前記基準燃料供給量よりも増加させる量は、前記機関回転速度のピーク値が増加するにしたがって大きくなることを特徴とする。

本発明では、機関回転速度がピーク値となった後、前記機関回転速度が低下して燃焼空間内への空気の充填効率が増加するのに合わせて、吸気ポートへ供給する燃料の量を、内燃機関の運転条件に基づいて設定される基準燃料供給量よりも増加させる。これによって、燃焼空間内への空気の充填効率が増加することに起因して燃焼空間内へ流入する空気の量が増加することにより、内燃機関の始動後に空燃比が過度にリーンになることを抑制できる。その結果、内燃機関の燃焼状態の悪化や失火を抑制して、安定して内燃機関を始動し、運転できる。

本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関おいて、前記機関回転速度のピーク値が、前記内燃機関の始動後から予め定めた所定の期間の間に現れない場合、前記ポート噴射弁は、前記基準燃料供給量で前記吸気ポートへ燃料を供給することが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関おいて、前記機関回転速度のピーク値が、予め定めた第１の閾値以下、又は予め定めた第２の閾値以上である場合、前記ポート噴射弁は、前記基準燃料供給量で前記吸気ポートへ燃料を供給することが望ましい。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の燃料供給制御装置は、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間へ接続される吸気ポートへ燃料を供給するポート噴射弁を備える内燃機関において、前記内燃機関の始動時において、前記内燃機関の機関回転速度のピーク値を演算するピーク値演算部と、前記ピーク値が現れた後、前記機関回転速度が低下するときに、前記ポート噴射弁が前記吸気ポートへ供給する燃料の量を、前記内燃機関の運転条件に基づいて設定される基準燃料供給量よりも増加させる燃料供給量演算部と、を備え、前記燃料供給量演算部は、前記基準燃料供給量よりも増加させる量を、前記機関回転速度のピーク値が増加するにしたがって大きくすることを特徴とする。

本発明では、機関回転速度がピーク値となった後、前記機関回転速度が低下して燃焼空間内への空気の充填効率が増加するのに合わせて、吸気ポートへ供給する燃料の量を、内燃機関の運転条件に基づいて設定される基準燃料供給量よりも増加させる。これによって、燃焼空間内への空気の充填効率が増加することに起因して燃焼空間内へ流入する空気の量が増加することにより、内燃機関の始動後に空燃比が過度にリーンになることを抑制できる。その結果、内燃機関の燃焼状態の悪化や失火を抑制して、安定して内燃機関を始動し、運転できる。

本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関の燃料供給制御装置において、前記機関回転速度のピーク値が、前記内燃機関の始動後から予め定めた所定の期間の間に現れない場合、前記燃料供給量演算部は、前記ポート噴射弁が前記吸気ポートへ供給する燃料の量を、前記基準燃料供給量とすることが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関の燃料供給制御装置において、前記機関回転速度のピーク値が、予め定めた第１の閾値以下、又は予め定めた第２の閾値以上である場合、前記燃料供給量演算部は、前記ポート噴射弁が前記吸気ポートへ供給する燃料の量を、前記基準燃料供給量とすることが望ましい。

本発明は、内燃機関の始動後に空燃比が過度にリーンになることを抑制できる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。本発明は、内燃機関の始動時であれば、冷間始動、暖機完了後における始動を問わず適用できる。

図１は、本実施形態に係る内燃機関及び内燃機関の燃料供給制御装置を示す装置構成図である。本実施形態は、吸気ポートへ燃料を供給するポート噴射弁を備える内燃機関において、始動時において、内燃機関の機関回転速度がピーク値となった後、機関回転速度が低下するときに、ポート噴射弁から吸気ポートへ供給する燃料の量を、内燃機関の運転条件に基づいて設定される基準燃料供給量よりも増加させる点に特徴がある。ここで、ポート噴射弁から内燃機関の吸気ポートへ燃料を供給するということは、内燃機関へ燃料を供給することと同義である。

内燃機関１は、ピストン５がシリンダ３の内部を往復運動する、いわゆるレシプロ式の内燃機関である。内燃機関１は、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって制御される。内燃機関１のシリンダ３は、円筒状の構造体であって、一端部がシリンダヘッド２に取り付けられ、他端部がクランクケース４に取り付けられる。シリンダ３の内面と、ピストン５の頂面と、シリンダヘッド２の内面とで囲まれる空間３Ｂが、内燃機関１へ供給される燃料Ｆが燃焼する空間となる。この空間３Ｂを、燃焼空間３Ｂという。内燃機関１へ供給される燃料Ｆは、炭化水素を含む燃料であり、例えばガソリンが用いられる。

シリンダ３には、ウォータージャケット３Ｗが形成される。ウォータージャケット３Ｗには、内燃機関１を冷却するための水（冷却水）が流れて、内燃機関１を冷却する。冷却水の温度は、冷却水温度センサ４０によって検出され、機関ＥＣＵ５０に取り込まれ、内燃機関１の制御に用いられる。

シリンダヘッド２には、燃料Ｆの燃焼に供する空気（燃焼用空気）Ａを燃焼空間３Ｂへ導入するための吸気通路である吸気ポート８ｉ、及び燃焼空間３Ｂで燃料Ｆが燃焼した後の燃焼ガス（排ガス）Ｅｘを燃焼空間３Ｂの外部へ排出する排気通路である排気ポート８ｅが形成される。

吸気ポート８ｉ及び排気ポート８ｅは、それぞれ燃焼空間３Ｂに接続されるとともに、それぞれ燃焼空間３Ｂに一方の端部が開口して開口部を形成し、シリンダヘッド２には、それぞれの他方の端部が開口する。燃焼空間３Ｂに開口する吸気ポート８ｉの開口部には吸気弁９ｉが配置され、燃焼空間３Ｂに開口する排気ポート８ｅの開口部には排気弁９ｅが配置される。吸気弁９ｉは燃焼空間３Ｂに開口する吸気ポート８ｉの開口部を開閉し、排気弁９ｅは燃焼空間３Ｂに開口する排気ポート８ｅの開口部を開閉する。

内燃機関１は、吸気ポート８ｉ内へ燃料Ｆを噴射して供給する燃料供給手段として、ポート噴射弁３２を備える。本実施形態において、ポート噴射弁３２は、シリンダヘッド２へ取り付けられる。また、内燃機関１のシリンダヘッド２には、燃焼空間３Ｂ内に形成される、燃料Ｆと空気Ａとの混合気に点火する点火手段として、点火プラグ３０が取り付けられる。燃焼空間３Ｂ内の前記混合気は、点火プラグ３０からの放電によって点火され、燃焼する。このように、内燃機関１は、いわゆる火花点火式の内燃機関である。

内燃機関１が備えるポート噴射弁３２は、ポート噴射弁用燃料分配管６３に取り付けられており、機関ＥＣＵ５０の機関制御部５２によって動作が制御される。そして、ポート噴射弁３２は、ポート噴射弁用燃料分配管６３から燃料が供給されて、内燃機関１の吸気ポート８ｉ内の空気Ａへ燃料Ｆを噴射する。これによって、燃料Ｆと空気Ａとを十分に混合させた混合気を形成する。

吸気ポート８ｉとつながる吸気通路には、スロットル弁１０が取り付けられる。スロットル弁１０は、弁体１０Ｖと、弁体１０Ｖに取り付けられてこれを動作させるスロットル弁用アクチュエータ１０Ａとで構成される。弁体１０Ｖの開度を調整することにより、吸気通路の通路断面積が変化して、燃焼空間３Ｂへ導入される空気Ａの量が調整される。スロットル弁の弁体１０Ｖよりも空気Ａの流れ方向の上流側には、エアフローメータ４３が配置されており、吸気通路を流れる空気Ａの流量（質量流量）、すなわち、燃焼空間３Ｂへ流入する空気Ａの流量が計測される。エアフローメータ４３が計測した空気Ａの流量は、機関ＥＣＵ５０に取り込まれ、内燃機関１の制御に用いられる。

ポート噴射弁３２から吸気ポート８ｉ内へ供給される燃料Ｆは、燃料タンク１３内へ貯留される。燃料タンク１３の内部にはフィードポンプ１４が配置されている。フィードポンプ１４とポート噴射弁用燃料分配管６３とは、燃料配管２３で接続されており、フィードポンプ１４が吐出する燃料タンク１３内の燃料Ｆは、燃料配管２３を通ってポート噴射弁用燃料分配管６３へ送られる。フィードポンプ１４の動作は、機関ＥＣＵ５０の機関制御部５２によって制御される。

吸気弁９ｉが開き、ピストン５が下死点へ向かうと、吸気ポート８ｉの開口部から燃焼空間３Ｂへ向かって、空気Ａとポート噴射弁３２から吸気ポート８ｉへ供給された燃料Ｆとの混合気が流入する（吸気行程）。なお、吸気行程の前に、ポート噴射弁３２から吸気ポート８ｉへ燃料Ｆが供給される。ピストン５が下死点を通過し、吸気弁９ｉ及び排気弁９ｅが閉じた状態でピストン５が上死点（すなわちシリンダヘッド２の方向）へ向かうと、燃焼空間３Ｂ内に形成される燃料Ｆと空気Ａとの混合気が圧縮される（圧縮行程）。

ピストン５が上死点に到達する前に、点火プラグ３０が放電して圧縮された前記混合気へ点火する。これによって、燃焼空間３Ｂ内の前記混合気が燃焼する。ここで、点火プラグ３０の点火タイミングは、機関ＥＣＵ５０の機関制御部５２によって制御される。

前記混合気が燃焼したときの燃焼圧力によりピストン５が下死点へ向かって移動する（膨張行程）。下死点を通過したピストン５は、再び上死点へ向かって移動するが、このとき排気弁９ｅが開いて燃焼空間３Ｂ内の燃焼ガス（排ガスＥｘ）が排気ポート８ｅへ排出される（排気行程）。これによって、内燃機関１の１サイクルが終了する。なお、例えば、排気行程中にポート噴射弁３２から吸気ポート８ｉ内へ、次のサイクルの燃料Ｆが供給される。

ピストン５が上死点の近傍にくると、吸気弁９ｉが開き、排気弁９ｅは閉じて、内燃機関１の次のサイクルが開始する。このように、内燃機関１は、ピストン５がシリンダ３内を２往復する間に１サイクルが終了する、４ストローク１サイクルの内燃機関である。ピストン５の往復運動は、コネクティングロッド６を介してクランクケース４内のクランクシャフト７へ伝達され、回転運動へ変換される。クランクシャフト７の回転角度は、クランク角センサ４１によって検出される。機関ＥＣＵ５０の機関制御部５２は、クランク角センサ４１が検出したクランクシャフト７の回転角度を取り込み、これに基づいてクランクシャフト７の回転速度（機関回転速度）を演算する。本実施形態では、機関回転速度として単位時間あたりにおけるクランクシャフト７の回転数（機関回転数）を用いるが、例えば、クランクシャフト７の回転角速度を用いてもよい。

燃料供給制御装置５１を備える機関ＥＣＵ５０は、入出力部５４と、処理部５０Ｐと、内燃機関１の制御に用いる各種マップ等を格納する記憶部５３とを有する。入出力部５４には、冷却水温度センサ４０、クランク角センサ４１、イグニッションキー４２、エアフローメータ４３、スロットル弁用アクチュエータ１０Ａ、ポート噴射弁３２、点火プラグ３０、フィードポンプ１４が接続される。そして、入出力部５４は、冷却水温度センサ４０やクランク角センサ４１等からの入力信号や、ポート噴射弁３２や点火プラグ３０等への出力信号の入出力を行う。

処理部５０Ｐは、例えば、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）により構成されている。処理部５０Ｐは、本実施形態に係る燃料供給制御を実行する内燃機関の燃料供給制御装置（以下、燃料供給制御装置という）５１及び内燃機関１を制御する機関制御部５２を備える。このように、本実施形態において、燃料供給制御装置５１は、処理部５０Ｐの一機能として実現される。

燃料供給制御装置５１は、制御条件判定部５１Ａと、ピーク値演算部５１Ｂと、燃料供給量演算部５１Ｃとを有している。これらのうち、少なくともピーク値演算部５１Ｂと、燃料供給量演算部５１Ｃとで本実施形態に係る燃料供給制御が実現される。すなわち、燃料供給制御装置５１の機能は、少なくともピーク値演算部５１Ｂと、燃料供給量演算部５１Ｃとで実現される。

記憶部５３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能なメモリ、あるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能なメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成できる。記憶部５３には、内燃機関１を制御する際に用いる制御プログラムやデータマップ、本実施形態に係る燃料供給制御を実行する際に用いる制御プログラムやデータマップ等が格納してある。

図２は、始動時における内燃機関の状態を示す説明図である。図２は、機関回転速度Ｎｅ、空燃比Ａ／Ｆ、吸気管圧力Ｐｉ及び燃料供給量Ｑｆの時間変化を示している。内燃機関１の始動時は、時間ｔ＝ｔｓである。内燃機関１が始動すると、クランクシャフト７が回転を始め、機関回転速度Ｎｅが上昇する。そして、ｔ＝ｔｐで機関回転速度のピーク値Ｎｅ＿ｐをとる。その後、機関回転速度は徐々に低下し、アイドリング目標機関回転速度Ｎｅ＿ｔとなる。アイドリング目標機関回転速度Ｎｅ＿ｔは、内燃機関１の暖機後において目標とするアイドリング時の機関回転速度である。

機関回転速度Ｎｅの上昇とともに、吸気管圧力（吸気ポート８ｉ内の圧力）Ｐｉは低下し、機関回転速度のピーク値Ｎｅ＿ｐがｔ＝ｔｐで現れた後、吸気管圧力Ｐｉは上昇に転ずる。これにより、燃焼空間３Ｂへの空気Ａの充填効率が増加するので、図１に示す内燃機関１の燃焼空間３Ｂ内へ流入する空気Ａの量が増加する。また、吸気管圧力Ｐｉが大気圧よりも低い圧力に低下することにより、吸気ポート８ｉの壁面に付着した燃料が蒸発して燃焼空間３Ｂ内へ流入する。このため、ポート噴射弁３２から供給された燃料Ｆが吸気ポート８ｉの壁面へ付着する量が多くなり、ポート噴射弁３２から噴射されたすべての燃料Ｆが燃焼空間３Ｂ内へ導入されないことがある。充填効率の増加、及び燃焼空間３Ｂ内へ導入される燃料Ｆの量が低下することにより、空燃比Ａ／Ｆが大きくなり、内燃機関１はリーン（酸素過多）の状態で運転されることになる。

また、前記充填効率の増加の程度は、機関回転速度のピーク値Ｎｅ＿ｐとアイドリング目標機関回転速度Ｎｅ＿ｔとの差（ピーク機関回転速度差）ΔＮｅによって変化し、ピーク機関回転速度差ΔＮｅが増加するにしたがって大きくなる。このため、空燃比Ａ／Ｆのリーンの程度もピーク機関回転速度差ΔＮｅの増加とともに変化する。

これまでの燃料供給制御においては、燃料供給量Ｑｆを内燃機関１の始動時（ｔ＝ｔｓ）から、図２の一点鎖線のように漸減させていたので、ピーク機関回転速度差ΔＮｅ、すなわち充填効率に対応した適切な値とならないことがあった。また、これまでの燃料供給制御においては、吸気管圧力Ｐｉの低下により吸気ポート８ｉの壁面へ付着した燃料Ｆが蒸発することにより燃焼空間３Ｂ内へ導入される燃料Ｆの量が低下することも考慮されていなかった。その結果、図２の一点鎖線で示す空燃比Ａ／Ｆように、機関回転速度Ｎｅの低下にともなって空燃比Ａ／Ｆが大きくなり、内燃機関１はリーンの状態で運転されることがある。そして、リーンの状態が過度になると、燃焼状態が悪化して、内燃機関１に失火や停止が発生して未燃のＨＣの排出量が増加したり、内燃機関の振動が大きくなったりすることがあった。

本実施形態に係る燃料供給制御では、機関回転速度のピーク値Ｎｅ＿ｐが現れた後、機関回転速度Ｎｅ低下して燃焼空間３Ｂの内部の充填効率が増加することに対応して、吸気ポート８ｉへ供給する燃料Ｆの量（燃料供給量）Ｑｆを、内燃機関１の運転条件に基づいて設定される基準燃料供給量Ｑｆ＿ｂよりも増加させる。すなわち、時間ｔ＝ｔｉで、燃料増量分ΔＱｆ１を基準燃料供給量Ｑｆ＿ｂに加算した空燃比補正燃料供給量Ｑｆ＿ｉで、ポート噴射弁３２から燃料Ｆを供給する。

これによって、図２の実線で示すように、空燃比Ａ／Ｆの上昇が抑制されるので、内燃機関１が過度にリーンな状態で運転されることを回避して、燃焼状態の悪化が抑制される。その結果、内燃機関１に発生する失火や停止のおそれを低減できるので、未燃のＨＣの排出量が増加するおそれを低減でき、また、内燃機関１の振動を抑制できる。図２に示すように、空燃比補正燃料供給量Ｑｆ＿ｉでポート噴射弁３２から燃料Ｆの供給を開始する時期（ｔ＝ｔｉ）は、機関回転速度のピーク値Ｎｅ＿ｐが現れた後、機関回転速度Ｎｅが低下している間である。次に、本実施形態に係る燃料供給制御の手順を説明する。

図３は、本実施形態に係る燃料供給制御の手順を示すフローチャートである。図４〜図６は、本実施形態に係る燃料供給制御の制御条件の判定を説明する図である。図７は、本実施形態に係る燃料供給制御における燃料増量分を記述した燃料増量分決定マップである。本実施形態に係る燃料供給制御は、図１に示す燃料供給制御装置５１によって実現できる。

本実施形態に係る燃料供給制御を実行するにあたり、ステップＳ１０１において、燃料供給制御装置５１の制御条件判定部５１Ａは、内燃機関１が始動時であるか否かを判定する。例えば、制御条件判定部５１Ａがイグニッションキー４２から内燃機関１を始動させるためのスタータモータの回転指令値を取得したとき、すなわち、前記スタータモータが回転を開始したときに、制御条件判定部５１Ａは内燃機関１が始動時であると判定する。

ステップＳ１０１でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１Ａが、内燃機関１は始動時ではないと判定した場合、本実施形態の燃料供給制御は終了する。ステップＳ１０１でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１Ａが、内燃機関１は始動時であると判定した場合、ステップＳ１０２へ進む。ここで、図２、図４〜図６において、時間ｔ＝ｔｓが、内燃機関１の始動時に相当する。

ステップＳ１０２において、制御条件判定部５１Ａは、内燃機関１の始動時（ｔ＝ｔｓ）から、図４に示す、予め定めた所定の期間ｔ１が経過したか否かを判定する。例えば、制御条件判定部５１Ａは、機関ＥＣＵ５０の処理部５０Ｐが備えるタイマー機能を用いて、内燃機関１の始動時からの経過時間ｔを求め、所定の期間ｔ１と比較する。内燃機関１の始動時から所定の期間ｔ１までに、内燃機関１の始動時における機関回転速度のピーク値Ｎｅ＿ｐが現れない場合には、内燃機関１の燃焼が正常でないと考えられる。このような場合、本実施形態に係る燃料供給制御を終了する。所定の期間ｔ１は、始動時における内燃機関１の立ち上がりの状態を判定するための閾値であり、例えば、内燃機関１の仕様や許容される燃焼状態等に基づいて、実験やシミュレーション等によって決定する。

ステップＳ１０２でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１Ａが、ｔ≧ｔ１であると判定した場合、本実施形態に係る燃料供給制御を終了する。この場合、機関回転速度Ｎｅの時間変化は、例えば、図４の一点鎖線Ｂで示すようになる。なお、ｔ≧ｔ１である場合、燃料供給制御装置５１の燃料供給量演算部５１Ｃは、ポート噴射弁３２が吸気ポート８ｉへ供給する燃料Ｆの量を、内燃機関１の運転条件に基づいて設定される基準燃料供給量Ｑｆ＿ｂとする。

基準燃料供給量Ｑｆ＿ｂは、内燃機関１の始動からアイドリングにかけて内燃機関１へ供給する燃料Ｆの量である。例えば、基準燃料供給量Ｑｆ＿ｂは、内燃機関１の暖機終了後において内燃機関１が目標とする燃料供給量である目標燃料供給量Ｑｆ＿ｔに、内燃機関１の冷却水温度θｗの増加（内燃機関１を運転した時間ｔの増加）とともに小さくなる所定の基準燃料増量分ΔＱｆ＿ｂを加算して得られる。基準燃料増量分ΔＱｆ＿ｂは、暖機が完了すると０になる。また、目標燃料供給量Ｑｆ＿ｔは、例えば、エアフローメータ４３によって計測される内燃機関１の吸入空気量と、内燃機関１へ供給される燃料Ｆの量との比である空燃比Ａ／Ｆが、理論空燃比となるように設定される。内燃機関１の吸入空気量は、内燃機関１の運転条件（機関回転速度や吸気温度等）によって変化するので、目標燃料供給量Ｑｆ＿ｔ及び目標燃料供給量Ｑｆ＿ｔから得られる基準燃料供給量Ｑｆ＿ｂは、内燃機関１の運転条件に基づいて設定される。

ステップＳ１０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１Ａが、ｔ＜ｔ１であると判定した場合、ステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３では、燃料供給制御装置５１のピーク値演算部５１Ｂが、内燃機関１の機関回転速度のピーク値Ｎｅ＿ｐを演算し、制御条件判定部５１Ａは、ピーク値Ｎｅ＿ｐが現れたか否かを判定する。例えば、現時点の機関回転速度Ｎｅ＿ｎから現時点よりも前の機関回転速度Ｎｅ＿ｎ−１を減算した値が負の値になった場合における現時点よりも前の機関回転速度Ｎｅ＿ｎ−１が、ピーク値Ｎｅ＿ｐである。ここで、ｎは整数である。

ステップＳ１０３においてＮｏと判定された場合、すなわち、ピーク値演算部５１Ｂの演算結果から、制御条件判定部５１Ａがピーク値Ｎｅ＿ｐは現れていないと判定した場合、ステップＳ１０２へ戻る。すなわち、ｔ≧ｔ１となるまで、ピーク値Ｎｅ＿ｐが現れたか否かが判定される。ステップＳ１０３においてＹｅｓと判定された場合、すなわち、ピーク値演算部５１Ｂの演算結果から、制御条件判定部５１Ａがピーク値Ｎｅ＿ｐは現れたと判定した場合、ステップＳ１０４へ進む。この場合、機関回転速度Ｎｅの時間変化は、例えば、図４の実線Ａで示すようになる。

ステップＳ１０４において、制御条件判定部５１Ａは、ピーク値Ｎｅ＿ｐが予め定めた第１の閾値Ｎｅ＿ｍｉｎよりも大きく、かつ予め定めた第２の閾値Ｎｅ＿ｍａｘよりも小さいか否かを判定する。例えば、図５の実線Ｃで示すように、ピーク値Ｎｅ＿ｐが予め定めた第１の閾値Ｎｅ＿ｍｉｎを超えない場合、内燃機関１は、意図しない始動時の挙動をしているため、本実施形態に係る燃料供給制御は終了する。本実施形態において、第１の閾値Ｎｅ＿ｍｉｎは、図５に示すように、アイドリング目標機関回転速度Ｎｅ＿ｔよりも小さい値としてあるが、アイドリング目標機関回転速度Ｎｅ＿ｔとしてもよい。第１の閾値Ｎｅ＿ｍｉｎは、内燃機関１の仕様等により適宜設定される。

図６の実線Ｄで示すように、ピーク値Ｎｅ＿ｐが予め定めた第２の閾値Ｎｅ＿ｍａｘ以上となる場合、内燃機関１には十分な空気Ａ及び燃料Ｆが供給されている。この場合にさらに燃料Ｆを増量すると、図６の一点鎖線Ｅに示すように、機関回転速度Ｎｅはピーク値Ｎｅ＿ｐよりもさらに大きくなってしまい、運転者に違和感を与えたり排ガスＥｘが増加したりする。したがって、Ｎｅ＿ｐ≧Ｎｅ＿ｍａｘである場合、本実施形態に係る燃料供給制御は終了する。本実施形態において、第２の閾値Ｎｅ＿ｍａｘは、図６に示すように、アイドリング目標機関回転速度Ｎｅ＿ｔよりも大きい値に設定される。第２の閾値Ｎｅ＿ｍａｘは、内燃機関１の仕様等により適宜設定される。

ステップＳ１０４でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１Ａが、ピーク値Ｎｅ＿ｐは第１の閾値Ｎｅ＿ｍｉｎ以下、又は予め定めた第２の閾値Ｎｅ＿ｍａｘ以上であると判定した場合、本実施形態に係る燃料供給制御は終了する。この場合、燃料供給量演算部５１Ｃは、ポート噴射弁３２が吸気ポート８ｉへ供給する燃料Ｆの量を、内燃機関１の運転条件に基づいて設定される基準燃料供給量Ｑｆ＿ｂとする。ステップＳ１０４でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１Ａが、ピーク値Ｎｅ＿ｐは第１の閾値Ｎｅ＿ｍｉｎよりも大きく、かつ第２の閾値Ｎｅ＿ｍａｘよりも小さいと判定した場合、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５において、燃料供給制御装置５１の燃料供給量演算部５１Ｃは、図２に示す、内燃機関１の燃料増量分ΔＱｆ１を求める。燃料増量分ΔＱｆ１は、図２に示す基準燃料供給量Ｑｆ＿ｂよりも内燃機関１へ供給する燃料Ｆの量を増加させる分である。したがって、空燃比補正燃料供給量Ｑｆ＿ｉは、図２に示す基準燃料供給量Ｑｆ＿ｂに燃料増量分ΔＱｆ１が加算された、Ｑｆ＿ｂ＋ΔＱｆ１となる。

図７の燃料増量分決定マップ６０は、燃料増量分ΔＱｆ１の初期値、すなわち、ｔ＝ｔｉにおける値（ピーク値が現れた後における燃料増量の開始時の値）を示す。このように、本実施形態において、燃料増量分ΔＱｆ１は、ピーク値Ｎｅ＿ｐとアイドリング目標機関回転速度Ｎｅ＿ｔとの差（ピーク機関回転速度差）ΔＮｅが増加するにしたがって大きくする。ここで、アイドリング目標機関回転速度Ｎｅ＿ｔは一定値なので、燃料増量分ΔＱｆ１は、機関回転速度のピーク値Ｎｅ＿ｐが増加するにしたがって大きくなる。燃焼空間３Ｂ内への空気の充填効率は、ピーク機関回転速度差ΔＮｅの増加とともに増加するので、このようにすることで、充填効率の変化を燃料増量分ΔＱｆ１へ反映させることができる。その結果、空燃比のリーン化をより確実に抑制できる。燃料増量分決定マップ６０は、実験や経験値により予め作成され、図１に示す機関ＥＣＵ５０の記憶部５３へ格納される。

図２に示すように、燃料増量分ΔＱｆ１は、時間ｔの経過とともに小さくなり、内燃機関１の暖機が終了すると目標燃料供給量Ｑｆ＿ｔになる。本実施形態では、例えば、ΔＱｆ１×ｋ^ｔによって燃料増量分ΔＱｆ１を時間ｔの経過とともに小さくする。ここで、ｋは減衰係数であり０＜ｋ＜１の範囲で任意に設定する。また、ΔＱｆ１×ｋ^ｔによって燃料増量分ΔＱｆ１を減少させる場合、燃料増量分ΔＱｆ１を基準燃料供給量Ｑｆ＿ｂに加算した空燃比補正燃料供給量Ｑｆ＿ｉでポート噴射弁３２から燃料Ｆの供給を開始する時間であるｔ＝ｔｉの時点を０（＝ｔ）とする。すなわち、ｔ＝ｔｉにおいてはｔ＝０となるので、燃料増量分ΔＱｆ１は、ΔＱｆ１×ｋ^０＝ΔＱｆ１×１＝ΔＱｆ１となる。なお、このΔＱｆ１は、燃料増量分ΔＱｆ１の初期値であり燃料増量分決定マップ６０で決定される。なお、燃料増量分ΔＱｆ１の減少のさせ方はこれに限られるものではない。

燃料供給量演算部５１Ｃが燃料増量分ΔＱｆ１を求めたら、ステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６において、燃料供給量演算部５１Ｃは、空燃比補正燃料供給量Ｑｆ＿ｉを求める。上述したように、空燃比補正燃料供給量Ｑｆ＿ｉは、Ｑｆ＿ｂ＋ΔＱｆ１である。空燃比補正燃料供給量Ｑｆ＿ｉが得られたら、ステップＳ１０７へ進み、機関ＥＣＵ５０の機関制御部５２は、ポート噴射弁３２を動作させ、ステップＳ１０６で求められた空燃比補正燃料供給量Ｑｆ＿ｉの燃料Ｆをポート噴射弁３２から吸気ポート８ｉに供給する。

以上、本実施形態では、吸気ポートへ燃料を供給するポート噴射弁を備える内燃機関において、始動時において、内燃機関の機関回転速度のピーク値が現れた後、機関回転速度が低下して充填効率が増加するときに、ポート噴射弁から吸気ポートへ噴射されて供給される燃料の量を、内燃機関の運転条件に基づいて設定される基準燃料供給量よりも増加させる。これによって、充填効率が増加することに起因して燃焼空間内へ流入する空気の量が増加することにより、内燃機関の始動後に空燃比が過度にリーンになることを抑制できる。その結果、内燃機関の燃焼状態の悪化や失火を抑制して、安定して内燃機関を始動し、運転できる。また、吸気管圧力を検出できる手段を持っている内燃機関でも、前記手段が故障した場合には本実施形態に係る燃料供給制御を適用することにより、内燃機関の始動後に空燃比が過度にリーンになることを抑制して、内燃機関の燃焼状態の悪化や失火を抑制できる。

以上のように、本発明に係る内燃機関及び内燃機関の燃料供給制御装置は、吸気ポートへ燃料を供給するポート噴射弁を備える内燃機関に有用であり、特に、始動時において空燃比が過度にリーンになることを抑制して、内燃機関の始動後における失火や停止を抑制することに適している。

本実施形態に係る内燃機関及び内燃機関の燃料供給制御装置を示す装置構成図である。 始動時における内燃機関の状態を示す説明図である。 本実施形態に係る燃料供給制御の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る燃料供給制御の制御条件の判定を説明する図である。 本実施形態に係る燃料供給制御の制御条件の判定を説明する図である。 本実施形態に係る燃料供給制御の制御条件の判定を説明する図である。 本実施形態に係る燃料供給制御における燃料増量分を記述した燃料増量分決定マップである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダヘッド
３ シリンダ
３Ｂ 燃焼空間（空間）
３Ｗ ウォータージャケット
４ クランクケース
５ ピストン
６ コネクティングロッド
７ クランクシャフト
８ｉ 吸気ポート
８ｅ 排気ポート
１０ スロットル弁
１３ 燃料タンク
１４ フィードポンプ
２３ 燃料配管
３０ 点火プラグ
３２ ポート噴射弁
４０ 冷却水温度センサ
４１ クランク角センサ
４２ イグニッションキー
４３ エアフローメータ
５０ 機関ＥＣＵ
５０Ｐ 処理部
５１ 燃料供給制御装置
５１Ａ 制御条件判定部
５１Ｂ ピーク値演算部
５１Ｃ 燃料供給量演算部
５２ 機関制御部
５３ 記憶部
５４ 入出力部
６０ 燃料増量分決定マップ

Claims (6)

1. 内燃機関において、
   燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間へ接続される吸気ポートと、
   前記吸気ポートに前記燃料を供給するとともに、前記内燃機関の始動時において、前記内燃機関の機関回転速度がピーク値となった後、前記機関回転速度が低下するときに、前記吸気ポートへ供給する燃料の量を、前記内燃機関の運転条件に基づいて設定される基準燃料供給量よりも増加させるポート噴射弁と、
   を備え、
   前記基準燃料供給量よりも増加させる量は、前記機関回転速度のピーク値が増加するにしたがって大きくなることを特徴とする内燃機関。
2. 前記機関回転速度のピーク値が、前記内燃機関の始動後から予め定めた所定の期間の間に現れない場合、前記ポート噴射弁は、前記基準燃料供給量で前記吸気ポートへ燃料を供給することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記機関回転速度のピーク値が、予め定めた第１の閾値以下、又は予め定めた第２の閾値以上である場合、前記ポート噴射弁は、前記基準燃料供給量で前記吸気ポートへ燃料を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間へ接続される吸気ポートへ燃料を供給するポート噴射弁を備える内燃機関において、
   前記内燃機関の始動時において、前記内燃機関の機関回転速度のピーク値を演算するピーク値演算部と、
   前記ピーク値が現れた後、前記機関回転速度が低下するときに、前記ポート噴射弁が前記吸気ポートへ供給する燃料の量を、前記内燃機関の運転条件に基づいて設定される基準燃料供給量よりも増加させる燃料供給量演算部と、
   を備え、
   前記燃料供給量演算部は、前記基準燃料供給量よりも増加させる量を、前記機関回転速度のピーク値が増加するにしたがって大きくすることを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置。
5. 前記機関回転速度のピーク値が、前記内燃機関の始動後から予め定めた所定の期間の間に現れない場合、前記燃料供給量演算部は、前記ポート噴射弁が前記吸気ポートへ供給する燃料の量を、前記基準燃料供給量とすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
6. 前記機関回転速度のピーク値が、予め定めた第１の閾値以下、又は予め定めた第２の閾値以上である場合、前記燃料供給量演算部は、前記ポート噴射弁が前記吸気ポートへ供給する燃料の量を、前記基準燃料供給量とすることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。

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